CN108055813B - 数据中心的制冷系统及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据中心的制冷系统及制冷方法，其包括：设置在数据中心室内的机柜背板上的第一换热器以及设置在数据中心室外的相变换热冷却塔；第一换热器与相变换热冷却塔间通过载冷剂输配管路联通；载冷剂输配管路从相变换热冷却塔获取液体状的载冷剂，并将载冷剂传输至第一换热器上，载冷剂在第一换热器上吸收热量变成气体状，以对第一换热器所在的数据中心室内进行制冷；载冷剂输配管路还用于将气体状的载冷剂传输至相变换热冷却塔，以由相变换热冷却塔将载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将载冷剂再冷却为液体；载冷剂采用相变换热工质。本发明的数据中心的制冷系统，可以轻松实现100％无冷机无水的高效节能制冷，且结构简单，维护成本低。

Description

数据中心的制冷系统及制冷方法

【技术领域】

本发明涉及计算机应用技术领域，尤其涉及一种数据中心的制冷系统及制冷方法。

【背景技术】

随着互联网的发展，数据中心越来越庞大。为了维护互联网中用户的正常访问，数据中心可以设置有服务器等IT设备。数据中心的所有IT设备在工作中会产生大量的热量，而随着热量的聚集，数据中心室内温度的升高，会严重影响数据中心中的IT设备的正常运行。因此数据中心中需要设置相应的制冷系统，以对数据中心进行降温，保证数据中心中的IT设备的正常工作。

为了获取较低的制冷能耗，现有技术中采用一种方案，将数据中心选址到足够靠近寒冷的地区，配置免费冷却方案，如包括风侧直接／间接免费冷却和水侧间接免费冷却。特别是水侧间接免费冷却，获得了大规模的应用，因其适于大规模数据中心的建设需要。例如图1为现有技术采用的数据中心的制冷系统的结构图。如图1所示，现有技术普遍采用的数据中心的制冷系统采用冷却塔和板换（板式交换器）分别通过蒸发器和冷凝器，进行蒸发侧和冷凝测热量的交换。例如，自然冷却模式下，冷冻水从末端空调出来，进入板换后，与冷却水换热；当冷冻水降温到一定温度，再进入末端空调吸热；同时，从冷却塔出来的冷却水，进入板换吸冷冻水的热量，升温后进冷却塔散热。如图1所示，为了保证冷冻水循环、冷却水循环，还设置有相应的阀门，以保证循环的进行。

基于以上所述，可以得知，现有的数据中心的制冷系统不仅水耗较高，造成水资源的浪费，而且结构非常复杂，维护成本较高。

【发明内容】

本发明提供了一种数据中心的制冷系统及制冷方法，用于简化现有的数据中心的结构，并降低维护成本。

本发明提供一种数据中心的制冷系统，所述系统包括：设置在数据中心的室内的机柜的背板上的第一换热器以及设置在数据中心的室外的相变换热冷却塔；

所述第一换热器与所述相变换热冷却塔之间通过载冷剂输配管路联通；其中所述载冷剂输配管路从所述相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂，并将所述载冷剂传输至所述第一换热器上，所述载冷剂在所述第一换热器上吸收热量变成气体状，以对所述第一换热器所在的所述数据中心的室内进行制冷；所述载冷剂输配管路还用于将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔，以由所述相变换热冷却塔将所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷却为液体；其中所述载冷剂采用相变换热工质。

进一步可选地，如上所述的系统中，所述相变换热冷却塔中由上至下依次包括风扇、第二换热器、储液罐和液体泵；所述储液罐中预储备有用于制冷的液体状的所述载冷剂；所述液体泵用于将所述储液罐中的液体状的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中；

所述载冷剂输配管路还用于将气体状的所述载冷剂传输至所述第二换热器中，由所述第二换热器对气体状的所述载冷剂散热，再冷凝为液体；并将冷凝后的液体状的所述载冷剂传输至所述储液罐中；

所述第二换热器之上的所述风扇，用于对所述第二换热器散热，使得所述第二换热器上的热量快速传递至空气中，实现散热。

进一步可选地，如上所述的系统中，在所述相变换热冷却塔中、所述载冷剂输配管路的支路上设置有空气泵。

进一步可选地，如上所述的系统中，在所述相变换热冷却塔中还设置有蓄水盘、导水管路以及设置在导水管路中的水泵，所述导水管路与所述蓄水盘连接，将所述蓄水盘中的水在所述水泵的压力作用下，喷淋至所述第二换热器的上表面。

进一步可选地，如上所述的系统中，所述蓄水盘设置在所述相变换热冷却塔的底部。

进一步可选地，如上所述的系统中，所述液体泵采用真空充注技术将所述储液罐中的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中。

进一步可选地，如上所述的系统中，所述机柜的背板与所述第一换热器设置为一体化结构。

本发明还提供一种基于以上所述的数据中心的制冷系统的制冷方法，所述方法包括：

载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂；

所述载冷剂输配管路将液体状的所述载冷剂传输至数据中心的室内的第一换热器上，以由液体状的所述载冷剂在所述第一换热器上吸收热量变成气体，以对所述数据中心的室内进行制冷；

所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中；

所述相变换热冷却塔将气体状的所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体。

进一步可选地，如上所述的方法中，载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂，具体包括：

所述相变换热冷却塔中的所述液体泵将所述相变换热冷却塔中的储液罐中存储的液体状的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中，实现所述载冷剂输配管路从所述相变换热冷却塔中获取液体状的所述载冷剂。

进一步可选地，如上所述的方法中，所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中，具体包括：

所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中的第二换热器上；

所述相变换热冷却塔将气体状的所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体，具体包括：

所述第二换热器在位于其上方的风扇的吹动下，将所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体；

进一步地，所述方法还包括：

所述第二换热器将冷凝后的所述载冷剂传输至所述储液罐中。

本发明的数据中心的制冷系统及制冷方法，通过采用采用高效的相变换热工质作为载冷剂，与现有技术采用水资源实现制冷相比，能够大大地降低水耗，而且可以轻松实现100%无冷机无水的高效节能制冷。而且本发明的制冷系统与现有技术的采用水资源进行制冷的系统相比，结构简单，能够大大降低制冷系统的维护成本。

【附图说明】

图1为现有技术采用的数据中心的制冷系统的结构图。

图2为本发明的数据中心的制冷系统实施例的结构图。

图3为图2所示中的相变换热冷却塔2的结构图。

图4为本发明的数据中心的制冷系统的制冷方法的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

图2为本发明的数据中心的制冷系统实施例的结构图。如图2所示，本实施例的数据中心的制冷系统，具体可以包括：设置在数据中心的室内的机柜的背板上的第一换热器1以及设置在数据中心的室外的相变换热冷却塔2两大部分。其中第一换热器1与相变换热冷却塔2之间通过载冷剂输配管路连接，本实施例的载冷剂输配管路可以包括液管段和气管段，其中液管段的载冷剂输配管路负责输配从相变换热冷却塔2到第一换热器1的液体状的载冷剂。气管段的载冷剂输配管路负责输配从第一换热器1到相变换热冷却塔2的气体状的载冷剂。实际应用中，为了增加载冷剂输配管路的冗余性，也可以设置为图1所示的两条载冷剂输配管路，其中载冷剂输配管路3可以用于输配液体状的载冷剂，热蒸汽输配管路4可以用于输配气体状的载冷剂。

图2所示的制冷系统中以采用4个第一换热器和2个相变换热冷却塔2为例，实际应用中，位于室内的第一换热器1和位于室外的相变换热冷却塔2的数量可以不做限定。例如，采用图2所示的系统，可以对数据中心的多个室内制冷，每个室内安装的第一换热器1的数量也可以不做限定；位于室外的相变换热冷却塔2的数量可以根据实际需求来设置，能够实现对数据中心的室内进行制冷即可。

具体地，本实施例的数据中心的制冷系统中，载冷剂输配管路从相变换热冷却塔2中获取载冷剂，并将载冷剂传输至第一换热器1上，载冷剂在第一换热器1上吸收热量变成气体状，从而对第一换热器1所在的数据中心的室内进行制冷。由于本实施例的第一换热器1位于数据中心的室内的机柜的背面，而机柜内安装的都是一些发热的机电设备，第一换热器1受到周围的发热的机电设备的影响，温度较高。本实施例中的第一换热器1上传输低温的载冷剂之后，低温的载冷剂可以在第一换热器1上实现热交换，吸收热量，将液体的载冷剂转换为气体，从而对数据中心的室内进行降温、制冷。然后载冷剂输配管路再将气体状的载冷剂传输至相变换热冷却塔2，以由相变换热冷却塔2将气体状的载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将载冷剂再冷却为液体；本实施例的载冷剂采用高效的相变换热工质。

例如，数据中心中的服务器在工作时，会产生大量的热量，作为数据中心的第一大 热源，以服务器为研究对象，本实施例的第一换热器1可以设置在服务器的机柜的背板上， 甚至可以与服务器的机柜的背板设置为一体化结构，例如两者合在一起可以称之为背板机 柜，如可以采用HX Rack表示，该HX Rack包括机柜+设置在机柜的背板上的第一换热器1。在 服务器的出风温度为45

时，服务器热温差按摄氏10度考虑，第一换热器1涉及的出风温 度可以为35

，即服务器的进风温度。则第一换热器1上的载冷剂的供给温度约为31

，而 相变换热冷却塔2设计的逼近温度为3

。即室外允许最高湿球温度为28

。而在大部分地 区，夏季空调计算湿球温度都是低于28

，所以即使全年或者生命周期内，部分时段存在 高于28

的情况，相变换热冷却塔2仍然具备微压缩功能，解决微小高温时段散热温度。

本实施例的数据中心的制冷系统中，通过采用采用高效的相变换热工质作为载冷剂，与现有技术采用水资源实现制冷相比，能够大大地降低水耗，节省能源消耗，为环境保护作出一定的贡献。而且加上数据中心室内的高温送风服务器和室外的相变换热冷却塔2的有效配合，可以轻松实现100%无冷机无水的高效节能制冷。而且本实施例的制冷系统与现有技术的采用水资源进行制冷的系统相比，结构简单，能够大大降低制冷系统的维护成本。

图3为图2所示中的相变换热冷却塔2的结构图。如图3所示，本实施例的相变换热冷却塔2中由上至下依次包括风扇5、第二换热器6、储液罐7和液体泵8；储液罐7中预储备有用于制冷的载冷剂；液体泵8用于将储液罐7中的载冷剂压入载冷剂输配管路中（如图2所示的载冷剂输配管路3中）。

载冷剂输配管路（如图2所示的热蒸汽输配管路4中）用于将气体状的所述载冷剂传输至第二换热器6中，由第二换热器6对气体状的载冷剂散热，再冷凝为液体。具体地，第二换热器6之上的风扇5在转动时，可以带动增加空气流通，利用第二换热器6上的热量快速传递至空气中，实现快速散热。另外，并第二换热器6还将冷凝后的液体状的载冷剂传输至储液罐7中。然后液体泵8再将储液罐7中的载冷剂压入载冷剂输配管路中，从而实现了制冷循环。

进一步可选地，如图3所示，在相变换热冷却塔2中、载冷剂输配管路的支路上设置一空气泵9，用以提高冷凝压力。

进一步可选地，如图3所示，在相变换热冷却塔2中还设置有蓄水盘10、导水管路11以及设置在导水管路11中的水泵12，导水管路11与蓄水盘10连接，将蓄水盘10中的水在水泵12的压力作用下，喷淋至第二换热器6的上表面。优选地，如图3所示，本实施例的蓄水盘10设置在相变换热冷却塔2的底部。

进一步可选地，本实施例中，液体泵8采用真空充注技术将储液罐7中的载冷剂压入载冷剂输配管路中，从而可以实现低压差输配，工作压力大大降低，泄漏风险及泄漏率也大大降低，可以实现生命周期内无需补充。

本实施例的数据中心的制冷系统实现制冷的过程为：首先，相变换热冷却塔2中的液体泵8利用真空充注技术将储液罐7中的液体状的载冷剂压入载冷剂输配管路中；载冷剂输配管路便将承载的液体状的载冷剂输配至数据中心内的第一换热器1上。液体状的载冷剂在第一换热器1上遇到高温送风的服务器，吸收热量将液体变为气体，从而对数据中心的室内进行降温、制冷。然后载冷剂输配管路接着将气体状的载冷剂输配至相变换热冷却塔2中第二换热器6中，第二换热器6在风扇5的作用下，快速将气体状的载冷剂中的热量传递到空气中，并将冷凝后的液体状的载冷剂传输至储液罐7中。后续液体泵8可以再将储液罐7中的载冷剂压入载冷剂输配管路中，从而实现了制冷循环。

且实际应用中，在干球温度较高时，还可以开启水泵12，由导水管路11从蓄水盘10中取水，并在水泵12的压力作用下，喷淋至第二换热器6的上表面，利用水蒸气的蒸发潜热给第二换热器6散热。

并且，在极端高湿球温度天气时，还可以打开空气泵9，对载冷剂输配管路中传输的气体状的载冷剂加压，以提高冷凝压力，继续获得液冷，降低气体状的载冷剂的冷凝时间，提高冷凝效果。

本实施例的数据中心的制冷系统中，通过采用上述技术方案，与现有技术采用水资源实现制冷相比，能够大大地降低水耗，节省能源消耗，为环境保护作出一定的贡献。而且加上数据中心室内的高温送风服务器和室外的相变换热冷却塔2的有效配合，可以轻松实现100%无冷机无水的高效节能制冷。而且本实施例的制冷系统与现有技术的采用水资源进行制冷的系统相比，结构简单，能够大大降低制冷系统的维护成本。

图4为本发明的数据中心的制冷系统的制冷方法的流程图。本实施例的制冷方法为对上述图2-图3所示的制冷系统进行制冷的方法。如图4所示，本实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法，具体可以包括如下步骤：

100、载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂；

101、载冷剂输配管路将液体状的载冷剂传输至数据中心的室内的第一换热器上，以由液体状的载冷剂在第一换热器上吸收热量变成气体，以对数据中心的室内进行制冷；

102、载冷剂输配管路将气体状的载冷剂传输至相变换热冷却塔中；

103、相变换热冷却塔将气体状的载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将载冷剂再冷凝为液体。

本实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法，实现制冷的原理与上述制冷系统实现制冷的原理相同，详细可以参考上述相关系统实施例的记载，在此不再赘述。

进一步可选地，上述实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法中，步骤100“载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂”，具体可以包括：

相变换热冷却塔中的液体泵将相变换热冷却塔中的储液罐中存储的液体状的载冷剂压入载冷剂输配管路中，实现载冷剂输配管路从相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂。

进一步可选地，上述实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法中，步骤102“载冷剂输配管路将气体状的载冷剂传输至相变换热冷却塔中”，具体可以包括：

载冷剂输配管路将气体状的载冷剂传输至相变换热冷却塔中的第二换热器上；

对应地，步骤103“相变换热冷却塔将气体状的载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将载冷剂再冷凝为液体”，具体可以包括：

第二换热器在位于其上方的风扇的吹动下，将载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将载冷剂再冷凝为液体；

进一步地，上述实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法中还可以包括：

第二换热器将冷凝后的载冷剂传输至储液罐中，从而实现制冷循环。

进一步可选地，上述实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法中还可以包括：

在干球温度较高时，相变换热冷却塔中的导水管路在水泵压力作用下，从蓄水盘中取水，并喷淋至第二换热器的上表面，以利用水蒸气的蒸发潜热给第二换热器散热。

进一步可选地，上述实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法中还可以包括：在极端高湿球温度天气时，相变换热冷却塔中的空气泵对载冷剂输配管路中传输的气体状的载冷剂加压，以提高冷凝压力。

本实施例的数据中心的制冷系统的制冷方法，实现制冷的原理与上述制冷系统实现制冷的原理相同，详细可以参考上述相关系统实施例的记载，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种数据中心的制冷系统，其特征在于，所述系统包括：设置在数据中心的室内的机柜的背板上的第一换热器以及设置在数据中心的室外的相变换热冷却塔；

所述第一换热器与所述相变换热冷却塔之间通过载冷剂输配管路联通；其中所述载冷剂输配管路用于从所述相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂，并将所述载冷剂传输至所述第一换热器上，所述载冷剂在所述第一换热器上吸收热量变成气体状，以对所述第一换热器所在的所述数据中心的室内进行制冷；所述载冷剂输配管路还用于将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔，以由所述相变换热冷却塔将所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷却为液体；其中所述载冷剂采用相变换热工质；

进一步地，所述相变换热冷却塔中由上至下依次包括风扇、第二换热器、储液罐和液体泵；所述储液罐中预储备有用于制冷的液体状的所述载冷剂；所述液体泵用于将所述储液罐中的液体状的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中；此时对应地，所述载冷剂输配管路具体用于将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中的第二换热器中，由所述第二换热器对气体状的所述载冷剂散热，再冷凝为液体；并将冷凝后的液体状的所述载冷剂传输至所述储液罐中；所述风扇，具体用于对所述第二换热器散热，使得所述第二换热器上的热量快速传递至空气中，实现散热；

再进一步地，在所述相变换热冷却塔中、所述载冷剂输配管路的支路上设置有空气泵，用于对所述载冷剂输配管路中传输的气体状的所述载冷剂加压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述相变换热冷却塔中还设置有蓄水盘、导水管路以及设置在导水管路中的水泵，所述导水管路与所述蓄水盘连接，将所述蓄水盘中的水在所述水泵的压力作用下，喷淋至所述第二换热器的上表面。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蓄水盘设置在所述相变换热冷却塔的底部。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体泵采用真空充注技术将所述储液罐中的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机柜的背板与所述第一换热器设置为一体化结构。

6.一种如上权利要求1-5任一所述的数据中心的制冷系统的制冷方法，其特征在于，所述方法包括：

载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂；

所述载冷剂输配管路将液体状的所述载冷剂传输至数据中心的室内的第一换热器上，以由液体状的所述载冷剂在所述第一换热器上吸收热量变成气体，以对所述数据中心的室内进行制冷；

所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中；

所述相变换热冷却塔将气体状的所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体；

所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中，具体包括：

所述载冷剂输配管路将气体状的所述载冷剂传输至所述相变换热冷却塔中的第二换热器上；

所述相变换热冷却塔将气体状的所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体，具体包括：

所述第二换热器在位于其上方的风扇的吹动下，将所述载冷剂中携带的热量传递至空气中，并将所述载冷剂再冷凝为液体；

所述方法还包括：所述相变换热冷却塔中、所述载冷剂输配管路的支路上设置的空气泵，对所述载冷剂输配管路中传输的气体状的所述载冷剂加压；

所述第二换热器将冷凝后的所述载冷剂传输至储液罐中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，载冷剂输配管路从数据中心的室外的相变换热冷却塔中获取液体状的载冷剂，具体包括：

所述相变换热冷却塔中的液体泵将所述相变换热冷却塔中的储液罐中存储的液体状的所述载冷剂压入所述载冷剂输配管路中，实现所述载冷剂输配管路从所述相变换热冷却塔中获取液体状的所述载冷剂。

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